CUDA | |
---|---|
Tip de | GPGPU |
Dezvoltator | NVIDIA Corporation |
Sistem de operare | Windows , Linux |
Prima editie | 23 iunie 2007 |
Platformă hardware | GPU-uri acceptate |
ultima versiune | 11.6 (17 ianuarie 2022 ) |
Licență | Freeware |
Site-ul web | developer.nvidia.com/cud… |
Fișiere media la Wikimedia Commons |
CUDA (abrev. inițial din engleză Compute unified device architecture ) este o arhitectură hardware și software de calcul paralelă care vă permite să creșteți semnificativ performanța de calcul prin utilizarea procesoarelor grafice Nvidia .
SDK -ul CUDA permite programatorilor să implementeze algoritmi în dialecte simplificate speciale ale limbajelor de programare C , C++ și Fortran , care pot fi implementate pe procesoarele grafice și tensoare Nvidia [1] . Arhitectura CUDA oferă dezvoltatorului posibilitatea de a organiza accesul la setul de instrucțiuni al unui accelerator grafic sau tensor și de a gestiona memoria acestuia la discreția sa. Funcțiile accelerate cu CUDA pot fi apelate din diverse limbaje, inclusiv Python [2] , MATLAB [3] , etc.
Versiunea inițială a SDK -ului CUDA a fost lansată pe 15 februarie 2007 . Interfața de programare a aplicațiilor CUDA se bazează pe limbajul C cu unele extensii. Pentru a traduce cu succes codul în această limbă, SDK-ul CUDA include compilatorul de linie de comandă C al Nvidia, nvcc . Compilatorul nvcc se bazează pe compilatorul deschis Open64 și este conceput pentru a traduce codul gazdă (principal, codul de control) și codul dispozitivului (codul hardware) (fișiere cu extensia .cu ) în fișiere obiect adecvate pentru construirea programului sau bibliotecii finale. în orice mediu de programare, cum ar fi NetBeans .
Arhitectura CUDA folosește modelul de memorie grilă , modelarea firelor în cluster și instrucțiunile SIMD . Aplicabil nu numai pentru calcularea grafică de înaltă performanță, ci și pentru diferite calcule științifice folosind plăcile grafice nVidia. Oamenii de știință și cercetătorii folosesc CUDA pe scară largă în diferite domenii, inclusiv astrofizică , biologie și chimie computațională , modelare dinamică a fluidelor , interacțiuni electromagnetice , tomografie computerizată , analiză seismică și multe altele. CUDA are capacitatea de a se conecta la aplicații care utilizează OpenGL și Direct3D . CUDA este un software multiplatform pentru sisteme de operare precum Linux , Mac OS X și Windows .
Pe 22 martie 2010, nVidia a lansat CUDA Toolkit 3.0, care conținea suport pentru OpenCL [4] .
Platforma CUDA a apărut pentru prima dată pe piață odată cu lansarea cipului G80 de generația a opta de la NVIDIA și a devenit prezentă în toate seriile ulterioare de cipuri grafice utilizate în familiile de acceleratoare GeForce , Quadro și NVidia Tesla .
Prima serie de hardware care să suporte SDK-ul CUDA, G8x, avea un procesor vectorial cu precizie unică pe 32 de biți care folosea SDK-ul CUDA ca API (CUDA acceptă doubletipul de limbaj C, dar acum precizia sa este retrogradată la 32 de biți flotant punct ). Procesoarele GT200 ulterioare au suport pentru precizie de 64 de biți (numai SFU), dar performanța este semnificativ mai slabă decât pentru precizia de 32 de biți (datorită doar două SFU-uri per multiprocesor de flux și opt procesoare scalare). GPU-ul organizează hardware multithreading, care vă permite să utilizați toate resursele GPU-ului. Astfel, perspectiva se deschide pentru a muta funcțiile unui accelerator fizic pe un accelerator grafic (exemplu de implementare - PhysX ). De asemenea, oferă largi oportunități de utilizare a echipamentelor de grafică pe computer pentru a efectua calcule complexe non-grafice: de exemplu, în biologia computațională și în alte ramuri ale științei.
În comparație cu abordarea tradițională de organizare a calculului de uz general prin capabilitățile API-urilor grafice, arhitectura CUDA are următoarele avantaje în acest domeniu:
Lista dispozitivelor de la producătorul hardware Nvidia cu suport deplin declarat pentru tehnologia CUDA este dată pe site-ul oficial Nvidia [7] [8] .
Compatibilitatea sistemelor de dezvoltare CUDA cu generații de calculatoare:
Următoarele periferice acceptă în prezent tehnologia CUDA pe piața hardware pentru PC:
Versiune
specificații |
Arhitectură | GPU | Plăci video din familia GeForce | Plăci video din familia Quadro, NVS | Placi video Tesla | Cartele video ale familiei
Tegra, |
---|---|---|---|---|---|---|
1.0 | Tesla | G80 | GeForce 8800 Ultra, GeForce 8800 GTX, GeForce 8800 GTS(G80) | Quadro FX 5600, Quadro FX 4600, Quadro Plex 2100 S4 | Tesla C870, Tesla D870, Tesla S870 | |
1.1 | G92, G94, G96, G98, G84, G86 | GeForce GTS 250, GeForce 9800 GX2, GeForce 9800 GTX, GeForce 9800 GT, GeForce 8800 GTS(G92) , GeForce G110M, GeForce 9300M GS, GeForce 9200M GS, GeForce 9100M G, GeForce 8400M GT, GeForce G105M |
Quadro FX 4700 X2, Quadro FX 3700, Quadro FX 1800, Quadro FX 1700, Quadro FX 580, Quadro FX 570, Quadro FX 470, Quadro FX 380, Quadro FX 370, Quadro FX 370, Quadro FX 370, Quadro FX 370 Low Profile, Quadro FX 370 Low Profile Quadro FX 3700M, Quadro FX 3600M, Quadro FX 2800M , Quadro FX 2700M, Quadro FX 1700M, Quadro FX 1600M, Quadro FX 770M, Quadro FX 570M, Quadro FX 570M, Quadro FX 370M, Quadro VS30M1, Quadro FX 370M, Quadro VS3M2 , Quadro NVS 140M, Quadro NVS 135M, Quadro NVS 130M, Quadro NVS 450, Quadro NVS 420, Quadro NVS 295 |
|||
1.2 | GT218, GT216, GT215 | GeForce GT 340*, GeForce GT 330*, GeForce GT 320*, GeForce 315*, GeForce 310*, GeForce GT 240, GeForce GT 220, GeForce 210, GeForce GTS 360M, GeForce GTS 360M, GeForce GTS30, GeForce GTM30, GeForce GTM350 GeForce GT 325M, GeForce GT 240M, GeForce G210M, GeForce 310M, GeForce 305M |
Quadro FX 380 Low Profile, Nvidia NVS 300, Quadro FX 1800M, Quadro FX 880M, Quadro FX 380M, Nvidia NVS 300, NVS 5100M, NVS 3100M, NVS 2100M, ION | |||
1.3 | GT200, GT200b | GeForce GTX 295, GTX 285, GTX 280, GeForce GTX 275, GeForce GTX 260 | Quadro FX 5800, Quadro FX 4800, Quadro FX 4800 pentru Mac, Quadro FX 3800, Quadro CX, Quadro Plex 2200 D2 | Tesla C1060, Tesla S1070, Tesla M1060 | ||
2.0 | Fermi | GF100, GF110 | GeForce GTX 590, GeForce GTX 580, GeForce GTX 570, GeForce GTX 480, GeForce GTX 470, GeForce GTX 465, GeForce GTX 480M | Quadro 6000, Quadro 5000, Quadro 4000, Quadro 4000 pentru Mac, Quadro Plex 7000, Quadro 5010M, Quadro 5000M | Tesla C2075, Tesla C2050/C2070, Tesla M2050/M2070/M2075/M2090 | |
2.1 | GF104, GF106 GF108, GF114, GF116, GF117, GF119 | GeForce GTX 560 Ti, GeForce GTX 550 Ti, GeForce GTX 460, GeForce GTS 450, GeForce GTS 450*, GeForce GT 640 (GDDR3), GeForce GT 630, GeForce GT 620, GeForce GT 620, GeForce GT 6104, GeForce GT 610, GT24, GeForce GT 440*, GeForce GT 430, GeForce GT 430*, GeForce GT 420*, GeForce GTX 675M, GeForce GTX 670M, GeForce GT 635M, GeForce GT 630M, GeForce GT 630M, GeForce GT 620, GeForce GT 625M7, GeForce GT 625M7, GeForce GT 625M7 GeForce 610M, GeForce 820M, GeForce GTX 580M, GeForce GTX 570M, GeForce GTX 560M, GeForce GT 555M, GeForce GT 550M, GeForce GT 540M, GeForce GT 540M, GeForce GT 525M, GeForce GT 525M, GeForce GT2040, GeForce GT 550M, GeForce GT 550M GeForce GTX 460M, GeForce GT 445M, GeForce GT 435M, GeForce GT 420M, GeForce GT 415M, GeForce 710M, GeForce 410M, GeForce GT 730 (DDR3 128-bit) |
Quadro 2000, Quadro 2000D, Quadro 600, Quadro 410, Quadro 4000M, Quadro 3000M, Quadro 2000M, Quadro 1000M, NVS 310, NVS 315, NVS 5400M, NVS 5204M0M, NVS 5204M | |||
3.0 | Kepler | GK104, GK106, GK107 | GeForce GTX 770, GeForce GTX 760, GeForce GT 740, GeForce GTX 690, GeForce GTX 680, GeForce GTX 670, GeForce GTX 660 Ti, GeForce GTX 660, GeForce GTX 650 Ti BOOST, GeForce GTX 650 Ti BOOST, GeForce GTX650 Ti 880M, GeForce GTX 780M, GeForce GTX 770M, GeForce GTX 765M, GeForce GTX 760M, GeForce GTX 680MX, GeForce GTX 680M, GeForce GTX 675MX, GeForce GTX 670MX, GeForce GTX 670MX, GeForce GTX 670MX, GeForce GTX 670MX, GeForce GTX 670MX, GeForce GTX 760M6 GeForce GT 645M, GeForce GT 740M, GeForce GT 730M, GeForce GT 640M, GeForce GT 640M LE, GeForce GT 735M, GeForce GT 730M |
Quadro K5000 Quadro K4200 Quadro K4000 Quadro K2000 Quadro K2000D Quadro K600 Quadro K500M Quadro K510M Quadro K610M Quadro K1000M Quadro K2000M Quadro K1100M Quadr | Tesla K10, GRID K340, GRID K520 | |
3.2 | GK20A | Tegra K1, Jetson TK1 | ||||
3.5 | GK110, GK208 | GeForce GTX Titan Z, GeForce GTX Titan Black, GeForce GTX Titan, GeForce GTX 780 Ti, GeForce GTX 780, GeForce GT 640 (GDDR5), GeForce GT 630 v2, GeForce GT 730, GeForce GT 720, GeForce GT 720, GeForce GT 4017 (64 de biți, DDR3), GeForce GT 920M | Quadro K6000, Quadro K5200 | Tesla K40, Tesla K20x, Tesla K20 | ||
3.7 | GK210 | Tesla K80 | ||||
5.0 | Maxwell | GM107, GM108 | GeForce GTX 750 Ti GeForce GTX 750 GeForce GTX 960M GeForce GTX 950M GeForce 940M GeForce 930M GeForce GTX 860M GeForce GTX 850M GeForce 845M GeForce 840M GeForce 830M | Quadro K420, Quadro K620, Quadro K1200, Quadro K2200, Quadro M2000M, Quadro M1000M, Quadro M600M, Quadro K620M, NVS 810 | Tesla M10 | |
5.2 | GM200, GM204, GM206 | GeForce GTX Titan X, GeForce GTX 980 Ti, GeForce GTX 980, GeForce GTX 970, GeForce GTX 960, GeForce GTX 950, GeForce GTX 750 SE, GeForce GTX 980M, GeForce GTX 970M, GeForce GTX 965M | Quadro M6000 24GB, Quadro M6000, Quadro M5000, Quadro M4000, Quadro M2000, Quadro M5500, Quadro M5000M, Quadro M4000M, Quadro M3000M | Tesla M4, Tesla M40, Tesla M6, Tesla M60 | ||
5.3 | GM20B | Tegra X1, Jetson TX1, DRIVE CX, DRIVE PX | ||||
6.0 | Pascal | GP100 | Quadro GP100 | Tesla P100 | ||
6.1 | GP102, GP104, GP106, GP107, GP108 | Nvidia TITAN Xp, Titan X, GeForce GTX 1080 Ti, GTX 1080, GTX 1070, GTX 1060, GTX 1050 Ti, GTX 1050, GT 1030, MX150 | Quadro P6000, Quadro P5000, Quadro P4000, Quadro P2000, Quadro P1000, Quadro P600, Quadro P400, Quadro P5000(Mobil), Quadro P4000(Mobil), Quadro P3000(Mobil) | Tesla P40, Tesla P6, Tesla P4 | ||
6.2 | GP10B [9] | Drive PX2 cu Tegra X2 (T186) [10] Jetson TX2 | ||||
7.0 | Volta | GV100 | Nvidia TITAN V | Quadro GV100 | Tesla V100,
Tesla V100S |
|
7.2 | GV10B [11] | Jetson Xavier, DRIVE PX Xavier/Pegasus cu Xavier SoC | ||||
7.5 | Turing | TU102, TU104, TU106 | NVIDIA TITAN RTX,
GeForce RTX 2080 Ti, RTX 2080 Super, RTX 2080, RTX 2070 Super, RTX 2070, RTX 2060 Super, RTX 2060, GeForce GTX 1660 Ti, GTX 1660 Super, GTX 1660, GTX 1650 Super, GTX 1650 |
Quadro RTX 8000, Quadro RTX 6000, Quadro RTX 5000, Quadro RTX 4000, Quadro RTX 3000,
Quadro T2000, Quadro T1000, Quadro T600 |
Tesla T4 | |
8.0 | Amper | GA100 | A100 80GB, A100 40GB | |||
8.6 | GA102, GA104, GA106 | GeForce RTX 3090, RTX 3080, RTX 3070, RTX 3060 Ti, RTX 3060, RTX 3050 Ti | RTX A6000, A40 |
|
|
|
|
|
Acest exemplu de cod C++ încarcă texturi dintr-o imagine într-o matrice de pe GPU :
cudaArray * cu_array ; textura < float , 2 > tex ; // Alocați memorie pentru cudaMalloc array ( & cu_array , cudaCreateChannelDesc < float > (), width , height ); // Copiați datele imaginii în matricea cudaMemcpy ( cu_array , imagine , lățime * înălțime , cudaMemcpyHostToDevice ); // Legați matricea la textura cudaBindTexture ( tex , cu_array ); // Porniți nucleul dim3 blockDim ( 16 , 16 , 1 ); dim3 gridDim ( lățime / blockDim . x , înălțime / blockDim . y , 1 ); kernel <<< gridDim , blockDim , 0 >>> ( d_odata , lățime , înălțime ); cudaUnbindTexture ( tex ); __global__ void kernel ( float * odata , int height , int width ) { unsigned int x = blockIdx . x * blockDim . x + threadIdx . x ; unsigned int y = blockIdx . y * blockDim . y + threadIdx . y ; float c = texfetch ( tex , x , y ); odata [ y * lățime + x ] = c ; }Un exemplu de program Python care înmulțește elementele unei matrice folosind GPU. Interacțiunea se face folosind PyCUDA [12]
import pycuda.driver ca drv import numpy drv . init () dev = drv . Dispozitiv ( 0 ) ctx = dev . face_context () mod = drv . SourceModule ( """ __global__ void multiply_them(float *dest, float *a, float *b) { const int i = threadIdx.x; dest[i] = a[i] * b[i]; } "" ) multiply_them = mod . get_function ( "înmulțiți-le" ) a = numpy . aleatoriu . randn ( 400 ) . astype ( numpy . float32 ) b = numpy . aleatoriu . randn ( 400 ) . astype ( numpy . float32 ) dest = numpy . zeros_like ( a ) multiplica_le ( drv . Out ( dest ), drv . In ( a ), drv . In ( b ), bloc = ( 400 , 1 , 1 )) print dest - a * bNvidia | |||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
GPU-uri ( comparație ) _ |
| ||||||||||
Chipset-uri plăci de bază ( comparație ) _ |
| ||||||||||
Alte |
|